分子線エピタキシー法による鉄系超伝導Ba122エピタキシャル薄膜の物性開拓

利用分子束外延技术开发铁基超导 Ba122 外延薄膜的物理性能

• 批准号: 22KJ1252
• 负责人: 秦 東益
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1252/
• 关键词: エピタキシャル薄膜; 超伝導

主に以下の二つの実験を行った。一つ目は、酸化物基板上へのBa1-xKxFe2As2のエピタキシャル成長である。過去の実験から、フッ化物基板上に直接蒸着することではエピタキシャル成長する一方で、MgO(001)基板やサファイア基板などの代表的な酸化物基板上ではエピタキシャル成長しないことが分かっていた。入手可能な全ての酸化物基板上への直接成膜を試みたが、エピタキシャル薄膜は得られなかった。そのため、酸化物基板上にバッファ層（中間層）を導入することを検討した。同じ鉄系超伝導体で良好なエピタキシャル成長が報告されているCeO2やFeをバッファ層として導入したが、エピタキシャル成長しなった。次に、高温で酸化物基板上に成膜が可能であるBaFe2As2をバッファ層にすることを検討した。MgO(001)基板上に設定温度上限である720℃でBaFe2As2バッファ層を成膜した後、400℃まで降温後Ba1-xKxFe2As2を成膜した結果、エピタキシャル成長した。試料は、最高で39.8 Kの高い超伝導転移温度を示した。また、断面透過型電子顕微鏡観察より、BaFe2As2バッファ層とBa1-xKxFe2As2が原子レベルで整合していることが確認され、バッファ層がエピタキシャル成長において重要であることが確認された。磁化測定より見積もられた臨界電流密度は単結晶を上回る3.9 MA/cm2であった。二つ目は、MgOバイクリスタル基板上へのBa1-xKxFe2As2エピタキシャル薄膜の作製である。酸化物基板上へのエピタキシャル薄膜の作製が可能になったため、バイクリスタル基板上へエピタキシャル薄膜を成膜し、粒界特性の解明を試みた。基板の[001]方向にそれぞれ6°, 13°, 24°, 30°回転して圧着されたバイクリスタル基板上へのBa1-xKxFe2As2エピタキシャル薄膜の作製に成功した。

The following two principles are implemented in practice. Ba1-xKxFe2As2 on the acid substrate In the past, MgO (001) substrates and MgO(001) substrates were directly evaporated on the oxide substrates, and MgO(001) substrates were directly evaporated on the oxide substrates. The first step is to form a film directly on the substrate. A layer of acid on the substrate is introduced. The same iron system superconductors are good for growth. CeO2 and Fe are good for growth BaFe2As2 film formation is possible at elevated temperatures. After BaFe2As2 film formation on MgO(001) substrate at 720℃, Ba1-xKxFe2As2 film formation on MgO(001) substrate at 400℃, BaFe2As2 film growth on MgO (001) substrate at 720 ℃. The highest temperature of the sample is 39.8 K. BaFe2As2-xKxFe2As2 atomic layer is integrated into BaFe2As2-xKxFe2As2 atomic layer. Magnetization measurement: critical current density: 3.9 MA/cm2 Ba1-xKxFe2As2 thin films on MgO substrates It is now possible to form an Epitakristal thin film on an acid substrate, to form an Epitakristal thin film on a Banikristal substrate, and to understand the grain boundary characteristics. Ba1-xKxFe2As2 thin films were successfully fabricated on substrates with different orientations of 6°, 13°, 24° and 30°.

项目成果

Superconducting Properties of Ba1－xKxFe2As2 Thin Films on MgO Substrate and the Role of Parent BaFe2As2 Buffer Layer

MgO基体Ba1－xKxFe2As2薄膜的超导性能及母体BaFe2As2缓冲层的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: Qin Dongyi;Iida Kazumasa;Guo Zimeng;Wang Chao;Saito Hikaru;Hata Satoshi;Naito Michio;Yamamoto Akiyasu;Dongyi Qin
• 通讯作者: Dongyi Qin

K-doped Ba122 epitaxial thin film on MgO substrate by buffer engineering

• DOI: 10.1088/1361-6668/ac8025
• 发表时间: 2022-09-01
• 期刊: SUPERCONDUCTOR SCIENCE & TECHNOLOGY
• 影响因子: 3.6
• 作者: Qin, Dongyi;Iida, Kazumasa;Yamamoto, Akiyasu
• 通讯作者: Yamamoto, Akiyasu